產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路精選(九篇)

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第1篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

正確的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念將會(huì)加快設(shè)計(jì)開發(fā)的進(jìn)度，讓設(shè)計(jì)人員有一個(gè)清晰的思路和對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式的準(zhǔn)確判斷，避免后續(xù)設(shè)計(jì)的人為低級(jí)的錯(cuò)誤，也是成為一個(gè)優(yōu)秀結(jié)構(gòu)工程師的關(guān)鍵。以下的設(shè)計(jì)理念供大家參考和共享，每個(gè)人都需要總結(jié)自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并形成自己獨(dú)有的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

1.1 從頂端到底端的設(shè)計(jì)理念（TOP===>DOWN）

以往的設(shè)計(jì)往往從零部件開始，再把零部件組裝起來(lái)，這樣一旦產(chǎn)品出現(xiàn)方案性的錯(cuò)誤，將引起整個(gè)設(shè)計(jì)較大的調(diào)整和修改。TOP=>DOWN的設(shè)計(jì)理念是根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，從產(chǎn)品的堆疊、布局和組裝關(guān)系開始設(shè)計(jì)，再逐步細(xì)化到組裝方式的實(shí)現(xiàn)和零部件的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，并通過(guò)適當(dāng)微調(diào)布局和組裝關(guān)系，以適應(yīng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能的要求。這種從整體到局部，從頂端到底端的設(shè)計(jì)方法需要設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品具有全局性的考慮。

1.2 DFMA的設(shè)計(jì)理念

所謂DFMA，是“Design for Manufacture and Assembly”的縮寫，也就是說(shuō)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要能滿足易于制造和方便組裝的要求，滿足產(chǎn)品制造的工藝性要求。我們知道現(xiàn)在的生產(chǎn)制造都是快速的規(guī)?；凸I(yè)化的大批量生產(chǎn)，易于制造和組裝的設(shè)計(jì)才能大大降低成本，迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，這也是設(shè)計(jì)者需要與產(chǎn)品工藝工程師持續(xù)溝通的關(guān)鍵。但是這種設(shè)計(jì)理念是不能以犧牲產(chǎn)品的功能性和可靠性為前提的。

1.3 并行和協(xié)同開發(fā)的設(shè)計(jì)理念

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作涉及面廣，任何人不可能精通整個(gè)設(shè)計(jì)中的所有事項(xiàng)，因此需要在設(shè)計(jì)中不斷與市場(chǎng)工程師、硬件工程師、ID工程師、模具工程師、LAYOUT工程師和生產(chǎn)工藝工程師溝通交流，聽取他們的建設(shè)性的建議，不斷優(yōu)化和改善設(shè)計(jì)。不要等到設(shè)計(jì)完了，才發(fā)現(xiàn)與客戶要求不符，有電磁屏蔽和散熱問(wèn)題，模具上做不了，與電子元器件有干涉，無(wú)法生產(chǎn)制造和組裝等等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的推倒重來(lái)，浪費(fèi)大量的人力物力而沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)的效果。并行和協(xié)同設(shè)計(jì)就是通過(guò)不同部門間的互動(dòng)交流，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和問(wèn)題解決同步進(jìn)行，避免出現(xiàn)無(wú)休止的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并修改設(shè)計(jì)的死循環(huán)當(dāng)中，達(dá)到“設(shè)計(jì)完，問(wèn)題畢”的設(shè)計(jì)效果。

1.4 綠色環(huán)保的生態(tài)設(shè)計(jì)理念

綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要體現(xiàn)在環(huán)保材料的適用，ID外觀造型選擇的簡(jiǎn)化，少零件和少后處理工序的設(shè)計(jì)，減少壁厚和節(jié)約材料的設(shè)計(jì)，可拆卸、少熱熔和少超聲的組裝方式設(shè)計(jì)等等。這種生態(tài)設(shè)計(jì)的理念能夠確保產(chǎn)品的可拆卸，可回收，可維護(hù)和可重復(fù)利用。

1.5 模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念

所謂產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模塊化是根據(jù)產(chǎn)品的功能和實(shí)現(xiàn)要求，把整個(gè)產(chǎn)品分成多個(gè)獨(dú)立但又相互關(guān)聯(lián)的單元模塊，完成各個(gè)單元模塊的設(shè)計(jì)后，通過(guò)相互的關(guān)聯(lián)組裝，從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法可以把一個(gè)非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題簡(jiǎn)單化，并且設(shè)計(jì)好的各個(gè)獨(dú)立的模塊還可以應(yīng)用在其他項(xiàng)目的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。目前我們公司的產(chǎn)品多為上下蓋的扣合方式實(shí)現(xiàn)，相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用到模塊化的設(shè)計(jì)不多，其中PLC產(chǎn)品的活動(dòng)插頭是一個(gè)很好的例子，但費(fèi)用比較高。

1.6 安全、可靠，滿足產(chǎn)品功能性和人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)理念

第2篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

關(guān)鍵詞：面向裝配的設(shè)計(jì)；簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)；虛擬裝配；模塊化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）02-0094-02

隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品的高度集成化和小型化，以及用戶對(duì)設(shè)備的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等提出的越來(lái)越嚴(yán)格的要求，使得電子設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不斷提高，也使產(chǎn)品的裝配面臨越來(lái)越多的困難，導(dǎo)致出現(xiàn)裝配質(zhì)量下降、裝配效率降低等一系列問(wèn)題。在這一環(huán)境下，引入面向裝配的設(shè)計(jì)（DFA）這一產(chǎn)品開發(fā)模式，在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段即充分考慮產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)以及各種相關(guān)因素的影響，采用簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、減少零件數(shù)量、使用標(biāo)準(zhǔn)件、零件裝配模塊化和減少裝配過(guò)程中的調(diào)節(jié)、裝配防錯(cuò)等方法，并利用分析、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、仿真等各種技術(shù)手段，不斷地完善設(shè)計(jì)和改進(jìn)裝配性能，確保裝配工序簡(jiǎn)單、效率高、質(zhì)量高、不良率低和成本低[1]。

1 基于SolidWorks的DFA應(yīng)用方法

將SolidWorks功能和DFA方法相結(jié)合，在SolidWorks的環(huán)境下，主要可以進(jìn)行以下三方面的應(yīng)用方法研究。

1.1 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)就是在設(shè)計(jì)中遵循KISS原則。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程往往是對(duì)已有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行提煉和優(yōu)化的過(guò)程，可以充分利用CAD的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和規(guī)劃優(yōu)勢(shì)，建立各種庫(kù)文件，選擇和調(diào)用成熟設(shè)計(jì)和模塊，構(gòu)建具有較高裝配性能的產(chǎn)品。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化模塊化設(shè)計(jì)

在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法，能大幅提高裝配質(zhì)量的可靠性，使裝配問(wèn)題能更早、更容易被發(fā)現(xiàn)，從而提高產(chǎn)品裝配效率和裝配質(zhì)量。

1.3 虛擬裝配

以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為中心的虛擬裝配，是在虛擬環(huán)境下對(duì)CAD模型進(jìn)行裝配性能分析的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)?；贒FA虛擬裝配的基本任務(wù)是尋求產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，即通過(guò)CAD模擬產(chǎn)品裝配、進(jìn)行定量或定性分析，找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裝配性差的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行設(shè)計(jì)修改和完善的過(guò)程。

使用SolidWorks 等CAD軟件，可對(duì)產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行虛擬裝配，并利用CAD提供的分析模塊，進(jìn)行包括靜態(tài)干涉、運(yùn)動(dòng)干涉分析以及裝配公差分析等裝配性能分析、判斷和改進(jìn)。

2 DFA應(yīng)用步驟

產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是根據(jù)用戶要求、設(shè)計(jì)輸入定義產(chǎn)品的架構(gòu)，并將產(chǎn)品進(jìn)行模塊劃分；在此基礎(chǔ)上，建立產(chǎn)品裝配模型，將各類庫(kù)文件引入建模過(guò)程中，貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)理念；完成裝配模型建立之后，開始虛擬裝配，即對(duì)模型進(jìn)行裝配性能分析，運(yùn)用 DFA簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)等方法對(duì)裝配體及零部組件進(jìn)行簡(jiǎn)化、合并等設(shè)計(jì)改進(jìn)，并且進(jìn)行裝配相關(guān)檢查，直到得到優(yōu)化模型。

根據(jù)DFA的應(yīng)用方法，制定出在SolidWorks環(huán)境下產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程，見圖1所示。

3 DFA裝配建模

主要需要建立兩類模型，一類是建立一系列庫(kù)模型，一類是對(duì)產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)的建模，而前者是后者的基礎(chǔ)。在對(duì)產(chǎn)品建模的過(guò)程中貫徹標(biāo)準(zhǔn)化模塊化思想，為產(chǎn)品的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)提供良好的土壤。

3.1 產(chǎn)品裝配建模

CAD裝配建模有自下而上和自頂向下兩種方法。自下而上設(shè)計(jì)法即首先完成零件設(shè)計(jì)建模，然后在裝配文件中逐一插入零部件，組合成裝配體模型，零部件之間無(wú)關(guān)聯(lián)；自頂向下法為在裝配文件中直接建立零部件模型，零部件之間往往存在幾何關(guān)聯(lián)以及配合限制。

綜合兩種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)，在方案設(shè)計(jì)階段，采用自頂向下的設(shè)計(jì)思路，首先規(guī)劃產(chǎn)品裝配體的框架，劃分模塊類型，在此基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品主體零件在裝配圖中進(jìn)行初步建?；蛘邔⑼ㄓ媚K裝入裝配體中，使產(chǎn)品具備基本的模型架構(gòu)，然后進(jìn)入自下而上的模式，對(duì)構(gòu)成裝配體的零件模型作細(xì)化處理以及建立相關(guān)的零件，將生產(chǎn)的零部件裝入裝配體中并進(jìn)行配合限制，逐步裝配形成產(chǎn)品最終的裝配模型。

3.2 庫(kù)文件建模

庫(kù)文件泛指CAD軟件可調(diào)用的所有子組件和模塊，它是構(gòu)建新研制產(chǎn)品的基礎(chǔ)，也是面向裝配的設(shè)計(jì)中標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)原則實(shí)施的基礎(chǔ)。

庫(kù)文件建立的原則是：

（1）庫(kù)文件歸屬文件夾應(yīng)層次分明，庫(kù)文件名應(yīng)簡(jiǎn)潔明確地表示出庫(kù)集合的特征，以方便選用；

（2）庫(kù)文件中固化的組件和模塊，如緊固件、外購(gòu)件等，盡量以零件形式建模，以便存儲(chǔ)和調(diào)用；

（3）分析同一系列模塊的主要安裝尺寸，形成尺寸系列表，以方便建模和擴(kuò)充；

（4）同一系列化零件的建模盡量采用一個(gè)模型、多個(gè)配置；

（5）模塊應(yīng)盡量包含安裝基準(zhǔn)、安裝尺寸等裝配信息，有助于選用和避免裝配加工錯(cuò)誤。

根據(jù)庫(kù)文件存放的位置和模塊的類型可分為兩類庫(kù)，一是存放于計(jì)算機(jī)本地的本地資源庫(kù)；另一種需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理可上傳和下載的ODM電子倉(cāng)庫(kù)。

3.2.1 本地資源庫(kù)

根據(jù)電子設(shè)備的特點(diǎn)，在CAD環(huán)境中主要建立緊固件庫(kù)（螺釘、螺母等）、電子器件庫(kù)（連接器、顯示屏、鍵盤、濾波器等）、機(jī)械成品庫(kù)（風(fēng)機(jī)、減震器等）、材料庫(kù)（屏蔽材料、密封材料、鋁型材）以及通用件庫(kù)（機(jī)柜、機(jī)箱、控制臺(tái)、把手、導(dǎo)軌、走線架等）。建立各種庫(kù)后，將其存放地址添加到SolidWorks系統(tǒng)選項(xiàng)中的設(shè)計(jì)庫(kù)中，即可開始在CAD界面中直接調(diào)用設(shè)計(jì)庫(kù)文件。庫(kù)文件的設(shè)計(jì)、編輯、修改等較容易實(shí)現(xiàn)， 技術(shù)人員可以通過(guò)改變某些參數(shù)而不必改動(dòng)元件設(shè)計(jì)的全過(guò)程來(lái)更新設(shè)計(jì)。

3.2.2 PDM電子倉(cāng)庫(kù)

SolidWorks Workgroup PDM作SolidWorks的插件，主要用于工作組的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，可以將本地成熟產(chǎn)品的數(shù)據(jù)檢入到電子倉(cāng)庫(kù)，同時(shí)也可以分享工作組內(nèi)其他成員上傳到電子倉(cāng)庫(kù)并共享的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源的充分利用，并且能確保設(shè)計(jì)版本和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件掛接關(guān)系得到有效管理。

根據(jù)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)面向裝配的設(shè)計(jì)需要，以便于選擇和調(diào)用為建庫(kù)原則，電子倉(cāng)庫(kù)可主要?jiǎng)澐譃楣觅Y料庫(kù)、設(shè)備資源庫(kù)和工藝資源庫(kù)等。將設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、資料放入公用資料庫(kù)中；將工藝相關(guān)規(guī)程、工具資料等放入工藝資源庫(kù)；設(shè)備資源庫(kù)可以根據(jù)電子設(shè)備使用的工作環(huán)境，如地面、車載、艦載、星載、機(jī)載等進(jìn)行分類，也可以按照結(jié)構(gòu)形式、密封性、抗沖擊振動(dòng)性和電磁兼容性等產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)置有利于搜索的關(guān)鍵詞。

4 裝配性能分析

4.1 直觀檢查

SolidWorks軟件界面中提供了裝配統(tǒng)計(jì)、對(duì)稱性檢查、質(zhì)量特性以及間隙檢查等命令，可以很方便、直觀地對(duì)已建立的產(chǎn)品模型進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)和檢查，根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)裝配體作進(jìn)一步簡(jiǎn)化、合并、調(diào)整等減少裝配錯(cuò)誤、提高裝配效率的設(shè)計(jì)，直觀檢查一般包含以下幾項(xiàng)：

（1）考慮把相鄰、相似、對(duì)稱的零件合并成一個(gè)零件；（2）設(shè)計(jì)多功能零件，減少零件數(shù)量；（3）合并減少緊固件的種類、數(shù)量；（4）調(diào)整裝配體及主體零件重心，避免裝配時(shí)失穩(wěn)；（5）通過(guò)間隙檢查，避免零件過(guò)約束；（6）進(jìn)行防錯(cuò)設(shè)計(jì)，避免非對(duì)稱零部件具有一個(gè)以上的裝配位置。

4.2 干涉檢查

對(duì)產(chǎn)品裝配體的干涉檢查主要包括靜態(tài)干涉檢查和運(yùn)動(dòng)干涉檢查兩種方式。

SolidWorks命令項(xiàng)中的干涉檢查，能夠直觀、明確、定量地給出裝配體靜態(tài)情況下干涉的零件、部位和干涉幾何尺寸，有利于對(duì)干涉的零部件定位、定向進(jìn)行設(shè)計(jì)修正。

對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品，采用虛擬仿真工具SolidWorks Motion插件，對(duì)虛擬裝配體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的仿真，模擬產(chǎn)品的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，檢驗(yàn)產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)性能及設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的正確性，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉檢查，查看限位運(yùn)動(dòng)的干涉情況以及裝配情況和零部件模型的精確程度，有助于在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布置的干涉和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的碰撞等問(wèn)題。

更好地完成干涉檢查的關(guān)鍵點(diǎn)是完善裝配體模型，盡量詳盡真實(shí)地建模，特別是應(yīng)注重建立自制件以外的外購(gòu)件、緊固件、附件等的真實(shí)幾何模型，往往一些看似微不足道的省略處會(huì)在實(shí)際裝配時(shí)出現(xiàn)干涉問(wèn)題。

4.3 公差分析

SolidWorks有 DimXpert和TolAnalyst兩項(xiàng)與公差相關(guān)的插件。DimXpert可以直接在3D圖形中按照標(biāo)準(zhǔn)生成標(biāo)注，還可以幫助用戶查找圖形是否缺少尺寸；TolAnalyst主要作用是解決公差設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

將公差分析的結(jié)果與裝配體的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)原則相結(jié)合，簡(jiǎn)化裝配關(guān)系、減少尺寸鏈數(shù)量、減小累積公差，才能夠降低尺寸公差等級(jí)，實(shí)現(xiàn)寬松且合理的公差設(shè)計(jì)，提高裝配質(zhì)量和裝配效率。

4.4 動(dòng)態(tài)裝配

SolidWorks的爆炸視圖和animator插件可提供靜態(tài)和動(dòng)態(tài)裝配拆分效果圖，按需要對(duì)虛擬裝配體進(jìn)行拆分、分組，通過(guò)爆炸路徑和鍵碼對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行編輯，生成各虛擬裝配體各部分的動(dòng)畫和圖樣文件。可以用于電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案評(píng)審中，提供直觀生動(dòng)的產(chǎn)品效果；也可以直接應(yīng)用于實(shí)際裝配生產(chǎn)，特別是對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品的裝配具有指導(dǎo)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)基于SolidWorks軟件及其插件對(duì)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)面向裝配的設(shè)計(jì)作了一些研究和嘗試，體會(huì)到無(wú)論對(duì)軟件強(qiáng)大功能的應(yīng)用，還是對(duì)先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式的理解和運(yùn)用，都需要更加深入地探索。新的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路在不斷涌現(xiàn)，CAD軟件的功能也在與時(shí)俱進(jìn)，設(shè)計(jì)師如何將兩者更好地結(jié)合進(jìn)而提升設(shè)計(jì)水平，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員面臨的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘元.面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

第3篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) Rhino（犀牛）軟件 產(chǎn)品 造型設(shè)計(jì)

1 Rhino（犀牛）軟件簡(jiǎn)介

Rhino是由美國(guó)Robert McNeel公司于1998年推出的一款基于NURBS為主的三維建模軟件。Rhino是最先進(jìn)的專業(yè)NURBS建模軟件之一，擁有簡(jiǎn)潔的操作界面、強(qiáng)大的功能和較低的硬件配置要求。與其它高價(jià)的3D軟件相比，毫不遜色，它包含了所有的NURBS建模功能，用它建模非常流暢。從設(shè)計(jì)稿、手繪到實(shí)際產(chǎn)品，或只是一個(gè)簡(jiǎn)單的構(gòu)思，Rhino所提供的曲面工具可以精確地制作所有用來(lái)作為渲染表現(xiàn)、動(dòng)畫、工程圖、分析評(píng)估以及生產(chǎn)用的模型。

2 產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)概述

產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)師在遵循實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、舒適安全、綠色、文化認(rèn)同等美學(xué)原則的基礎(chǔ)上，按照產(chǎn)品定位的既定目標(biāo)對(duì)產(chǎn)品的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、色彩、材料等方面進(jìn)行全面設(shè)計(jì)的過(guò)程。它包括：產(chǎn)品造型方案設(shè)計(jì)、色彩與標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品原型制作、產(chǎn)品人機(jī)分析、產(chǎn)品材料與工藝分析、產(chǎn)品價(jià)值工程分析等幾部分。

2.2 影響產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的主要因素

（1）品牌風(fēng)格的延續(xù)。產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)企業(yè)形象統(tǒng)一識(shí)別目標(biāo)的具體表現(xiàn)，以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為核心展開的系統(tǒng)形象設(shè)計(jì)，塑造和傳播企業(yè)形象，創(chuàng)造個(gè)性品牌，贏利于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中。產(chǎn)品不僅能融合企業(yè)的文化理念，而且能夠?qū)⑦@種理念通過(guò)造型語(yǔ)義傳達(dá)給使用者。例如蘋果公司的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)堪稱精品設(shè)計(jì)，其成功因素之一就在于產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)延續(xù)了簡(jiǎn)約、創(chuàng)新、科技的品牌理念，獲得了社會(huì)的認(rèn)同。（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，尤其是做產(chǎn)品的外觀造型時(shí)，往往只做產(chǎn)品的外形而忽略內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)果最后出來(lái)的造型變形不符合實(shí)際需求。這就與畫素描之前要了解人的骨骼結(jié)構(gòu)是一樣的道理。一方面，結(jié)構(gòu)影響著產(chǎn)品的使用功能，即使用的舒適性和可靠性；另一方面，在很大程度上影響著生產(chǎn)工藝性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能理解為純工程問(wèn)題而忽視內(nèi)部結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)實(shí)用功能時(shí)的人性化訴求，導(dǎo)致設(shè)計(jì)產(chǎn)品在最終人機(jī)關(guān)系方面失衡。所以，產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性及重要性在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的意義是不言而喻的。（3）設(shè)計(jì)美學(xué)法則的運(yùn)用。形式美法則是人類在創(chuàng)造美的形式、美的過(guò)程中對(duì)美的形式規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和抽象概括。主要包括：對(duì)稱均衡、單純齊一、調(diào)和對(duì)比、比例、節(jié)奏韻律和多樣統(tǒng)一。掌握形式美的法則，能夠使人們更自覺地運(yùn)用形式美的法則表現(xiàn)美的內(nèi)容，達(dá)到美的形式與美的內(nèi)容高度統(tǒng)一。在工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中，要巧妙地運(yùn)用這些美學(xué)法則創(chuàng)造合乎美學(xué)的實(shí)用的產(chǎn)品造型。（4）認(rèn)知心理學(xué)維度。隨著生活水平和文化素質(zhì)的提高，人們?cè)谫?gòu)買產(chǎn)品時(shí)的心理欲求占據(jù)越來(lái)越重要的地位。消費(fèi)者購(gòu)買產(chǎn)品時(shí)往往受能否滿足他們的心理欲望所左右。因此，產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)要不斷適應(yīng)人們發(fā)展著的認(rèn)知心理，產(chǎn)品造型的設(shè)計(jì)必須以符合消費(fèi)者的需求和個(gè)性心理為目標(biāo)來(lái)進(jìn)行。（5）生產(chǎn)技術(shù)工藝。工藝性是指，能否用合理的成型方法生產(chǎn)制作所需的形狀、尺寸、精度，即工藝的合理性。造型設(shè)計(jì)不合理、不合乎生產(chǎn)工藝，就不便于或難以進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)，從而增加了工時(shí)消耗、材料消耗和制造成本，降低了生產(chǎn)效率。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)稱和簡(jiǎn)單的幾何造型，易于加工成型，過(guò)于繁雜的造型不利于生產(chǎn)制造。

3 Rhino在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

3.1 草圖的倒入

草圖的倒入功能使得設(shè)計(jì)人員能夠按照自己手繪的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，提高了建模的速度和準(zhǔn)確度。首先在二維軟件（Photoshop、Coreldraw或者Alias等）中進(jìn)行草圖的繪制，也可以在圖紙上進(jìn)行產(chǎn)品手繪，然后通過(guò)掃描儀掃描到計(jì)算機(jī)中。將掃描好的圖片導(dǎo)入犀牛軟件（如圖），將其作為造型參考進(jìn)行三維建模。

3.2 Rhino在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中常用的功能

（1）Rhino在曲面造型功能方面非常強(qiáng)大，產(chǎn)品外觀都是以面的形式呈現(xiàn)，準(zhǔn)確快速的建立曲面是關(guān)鍵，犀牛具有單軌掃掠、雙軌掃掠、網(wǎng)格建面、放樣等十多種命令生成或編輯曲面。（2）修剪命令如刀一般分割曲面，去除掉不需要的造型曲面。切割命令可以將整體造型分割為任意部分而保留外觀曲面，便于對(duì)分割的部分進(jìn)行編輯。（3）有時(shí)為了在已完成的造型部分去除掉某一實(shí)體形狀的部分，或者將兩個(gè)實(shí)體合并為一體等，就要運(yùn)用布爾運(yùn)算命令，操作完成后得到的也是實(shí)體。（4）為了更直觀的分析生成的造型曲面品質(zhì)，曲率分析、斑馬紋、環(huán)境反射貼圖工具都可以很好地觀察到所生成曲面的連續(xù)性，方便進(jìn)一步的調(diào)整。（5）如果想要得到重復(fù)并且按照距離、角度規(guī)律排放的形狀，就要用到陣列工具，Rhino的陣列工具分為環(huán)形陣列和矩形陣列，能夠大大降低繁瑣的建模工作，提高建模速度，得到精確的造型。（6）有時(shí)所建模型繁雜，部分形體妨礙建模視線時(shí)，可以使用隱藏工具將已完成的部分隱藏，對(duì)剩余部分進(jìn)行操作，當(dāng)需要顯示時(shí)再取消隱藏，這樣可以避免許多不當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤。（7）當(dāng)造型建模到某一階段，可以根據(jù)想要得到的預(yù)覽效果來(lái)選用不同的顯示模式，常用的有線框模式、著色模式、渲染模式、半透明模式、X光模式、半透明模式、工程圖模式、藝術(shù)風(fēng)格模式、鋼筆模式。

3.3 與其他軟件的完美兼容性

犀牛軟件支持30余種輸入與輸出檔案格式，從常見的NURBS格式的標(biāo)準(zhǔn)IGES曲面檔案、STEP實(shí)體檔案、ACIS檔案、PARASOLID檔案、OBJ檔案，到POLYGON格式的3DS、LWO、STL檔案，AutoCAD標(biāo)準(zhǔn)的DWG與DXF文檔，以及點(diǎn)云資料、2D繪圖AI檔案等。其中IGES是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，應(yīng)用非常廣泛，支持的軟件數(shù)目超過(guò)40種。使用者可以針對(duì)合作方軟件來(lái)選擇要輸出的檔案格式的類型。

3.4 強(qiáng)大的插件功能

插件是Rhino很具特色的一個(gè)內(nèi)容，它是一些具有擴(kuò)展性的小程序，能幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力才能完成的造型功能。常用的插件例如Tsplines能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲面造型的建模，把原本強(qiáng)大的曲面建模功能提升得更加強(qiáng)大。犀牛配合Grasshopper參數(shù)化建模插件，可以快速建出曲面優(yōu)美的建筑造型。在犀牛中裝入TechGems（珠寶插件），便是一款非常之專業(yè)的珠寶首飾輔助設(shè)計(jì)軟件。

3.5 與后期生產(chǎn)的接軌

Rhino在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中的另一強(qiáng)大功能在于能夠與后期生產(chǎn)制造接軌，而不僅僅只是提供快速的產(chǎn)品外觀建模。比如Rhino導(dǎo)出的模型格式經(jīng)過(guò)編輯后可以直接通過(guò)日趨成熟的3D打印技術(shù)進(jìn)行打樣，用來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品造型的合理性。同時(shí)，Rhino具備模具設(shè)計(jì)的功能，其拔模角度分析工具能檢測(cè)能否正確脫模，對(duì)于后期生產(chǎn)制造提供更精確的數(shù)據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)不僅需要扎實(shí)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)和對(duì)各方面因素的綜合考慮，還需要熟練掌握Rhino軟件的操作。犀牛軟件運(yùn)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，能夠發(fā)揮出最佳設(shè)計(jì)效果，為現(xiàn)代產(chǎn)品造型提供快速、高效和準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)新思路和技術(shù)，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的各種產(chǎn)品造型的實(shí)現(xiàn)提供了更多的可能。

參考文獻(xiàn)

[1]吳瓊.工業(yè)設(shè)計(jì)技巧與禁忌[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]韓勇.犀牛之舞[M].北京：人民郵電出版社，2011.

第4篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

關(guān)鍵詞： 面向?qū)ο螅?抗側(cè)滾扭桿； Abaqus； Include

中圖分類號(hào)： TB115.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

引言

產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選的情況.此時(shí)需要采用CAE方法來(lái)進(jìn)行比選.盡管產(chǎn)品的功能目的一致，但其結(jié)構(gòu)存在一定的差異，因此在進(jìn)行有限元分析時(shí)，需要重復(fù)進(jìn)行大量的分析模型前處理工作.特別是對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，由于其中含有大量不同形式的受力結(jié)構(gòu)件（如抗側(cè)滾扭桿的連桿、橡膠球頭、橡膠套筒、扭桿和支座等），往往零件的更換會(huì)使整個(gè)產(chǎn)品重新進(jìn)行分析前處理工作.建立這類結(jié)構(gòu)件有限元模型時(shí)不同的模型簡(jiǎn)化處理方式往往導(dǎo)致差別較大的分析結(jié)果，導(dǎo)致CAE分析過(guò)程效率低，分析結(jié)果可靠性差.[1]本文介紹的利用Include功能構(gòu)建面向?qū)ο蟮姆治鋈蝿?wù)，可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析工作提供一種簡(jiǎn)單、快速的建模分析工作思路.

1面向?qū)ο蠓椒?/p>

長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直在設(shè)法爭(zhēng)取使問(wèn)題空間與求解空間在結(jié)構(gòu)上盡可能一致，也就是說(shuō)，使分析、設(shè)計(jì)和研究系統(tǒng)的方法學(xué)與人們認(rèn)識(shí)客觀世界的過(guò)程盡可能一致，這也正是面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)的出發(fā)點(diǎn)和追求的原則.面向?qū)ο蟮姆椒ㄕJ(rèn)為，客觀世界由許多各種各樣的對(duì)象組成，每個(gè)對(duì)象都有自己的內(nèi)部狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不同對(duì)象之間的相互作用和聯(lián)系構(gòu)成各種不同的系統(tǒng)，這與人們認(rèn)識(shí)世界的自然思維方式是一致的.

面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ且环N在分析和設(shè)計(jì)階段獨(dú)立于程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的概念化過(guò)程，它是一種程序設(shè)計(jì)技術(shù)，更重要地，它是一種新的思維方式，是一種完全不同于傳統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的方法.

面向?qū)ο蠓治觥⒚嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)提供的3種主要技術(shù)手段.面向?qū)ο蠓治龌趯?duì)象思想描述問(wèn)題域和系統(tǒng)任務(wù)，而面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)則是面向?qū)ο蠓治龅臄U(kuò)充，主要是增加各種實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)所必需的組成部分，從面向?qū)ο蠓治龅矫嫦驅(qū)ο笤O(shè)計(jì)是一個(gè)逐步擴(kuò)充模型的過(guò)程.面向?qū)ο蟮姆治鲈O(shè)計(jì)遵循抽象、封裝性、多態(tài)性和繼承性的原則.[26]

2Include介紹

Abaqus中的Include功能提供一種簡(jiǎn)單、快速地構(gòu)建有限元分析任務(wù)的思路.Include將一個(gè)或多個(gè)外部文件作為數(shù)據(jù)塊引入計(jì)算文件中，形成一個(gè)總的文件用于計(jì)算.Include不但可以在inp文件中引入外部文件數(shù)據(jù)，也能在CAE中實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)文件的引入，比如材料編輯器就可以讀入外部ASCII文件.通過(guò)它，可以指定任意外部數(shù)據(jù)文件成為分析工作的一部分，這些外部數(shù)據(jù)文件可以是模型、歷史輸出、注釋或其他參考.當(dāng)程序執(zhí)行工作文件遇到Include時(shí)，無(wú)論它在哪里，都轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部數(shù)據(jù)文件，當(dāng)外部文件執(zhí)行完后，又繼續(xù)處理原來(lái)的工作文件.這種功能的核心就是在主分析中的外部文件或數(shù)據(jù)塊指針，這具備構(gòu)建面向?qū)ο笏枷氲姆治龌A(chǔ).

3構(gòu)建面向?qū)ο蠓治?/p>

使用inp文件可以方便地描述模型參數(shù)、控制分析過(guò)程.文獻(xiàn)[7]詳細(xì)地介紹inp文件的結(jié)構(gòu)和創(chuàng)建.可以認(rèn)為一個(gè)inp任務(wù)主要由4種數(shù)據(jù)對(duì)象構(gòu)成：有限元模型對(duì)象（節(jié)點(diǎn)、單元集和單元屬性）、材料屬性對(duì)象或?qū)ο髮傩?、初始邊界?duì)象（包括約束條件）、一個(gè)或多個(gè)載荷步對(duì)象（包括邊界條件、接觸條件、計(jì)算控制參數(shù)集和結(jié)果輸出等眾多對(duì)象屬性）.無(wú)論對(duì)象還是對(duì)象屬性都可以由單獨(dú)的外部文件描述，而Include可以將這些獨(dú)立外部對(duì)象文件組成一個(gè)完整的分析工作，可視Include為在主工作分析文件中這些單獨(dú)對(duì)象文件的指針.圖1可簡(jiǎn)單示意各對(duì)象與主工作文件的關(guān)系.每一個(gè)框圖都是一個(gè)對(duì)象或?qū)ο髮傩?，每一個(gè)對(duì)象或?qū)傩詳?shù)據(jù)都可以作為一個(gè)外部文件，用Include引入.

圖 1完整的面向?qū)ο蠓治鑫募?gòu)成示意

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的工作是通過(guò)計(jì)算遴選多個(gè)方案，比較、確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料.因此，對(duì)于一個(gè)既定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析工作，只有模型結(jié)構(gòu)和材料是變化的，而邊界條件、載荷、接觸、控制參數(shù)和輸出量等都是確定的，因此能將整個(gè)分析工作分隔成幾個(gè)特定功能或?qū)ο竽K.在特定的分析中，僅變動(dòng)其中個(gè)別對(duì)象，而其他對(duì)象始終不變.由此可見，Include提供一種面向?qū)ο蟮臉?gòu)建分析工作的思路，而按這種思路建立的多個(gè)ASCII文件集合即是Abaqus面向?qū)ο蠓治鋈蝿?wù).使用ASCII文件來(lái)封裝上述的對(duì)象或?qū)ο髮傩远蔷幾g后的程序.這使得改動(dòng)工作變得非常容易且迅速.改動(dòng)工作不僅指特定類型產(chǎn)品分析任務(wù)的改進(jìn)，也指修改已有任務(wù)、建立新類型產(chǎn)品分析任務(wù)的工作.在Abaqus執(zhí)行文件inp內(nèi)，載荷、約束、接觸和材料屬性賦值等都通過(guò)節(jié)點(diǎn)、單元或面的集合名稱確定.inp文件按特定名稱指定的節(jié)點(diǎn)、單元和面等執(zhí)行相關(guān)計(jì)算分析，因此可方便地進(jìn)行對(duì)象屬性確認(rèn).綜上所述，把一個(gè)由特定結(jié)構(gòu)組成的產(chǎn)品的inp工作執(zhí)行文件按功能和特性分為幾個(gè)不同對(duì)象內(nèi)容，每次具體計(jì)算只改動(dòng)需變化的一兩個(gè)文件就能形成完整的執(zhí)行文件inp的創(chuàng)建，可節(jié)省大量的重復(fù)勞動(dòng).這就是本文面向?qū)ο蠓治鋈蝿?wù)的構(gòu)建思路.由于整個(gè)面向?qū)ο蠓治龆加蒳np文件集合構(gòu)成，因此基于面向?qū)ο蟮娜蝿?wù)文件執(zhí)行基本不受Abaqus版本的限制.

下面以2個(gè)鐵路行業(yè)典型產(chǎn)品來(lái)說(shuō)明Include面向?qū)ο蠓治鋈蝿?wù)的創(chuàng)建思路.

3.1膠墊板結(jié)構(gòu)分析

以單個(gè)組件產(chǎn)品為例，介紹Include面向?qū)ο蠓治鲈诳焖俜治鲋械膽?yīng)用.膠墊板是軌道扣件系統(tǒng)的一個(gè)重要部件.對(duì)于無(wú)碴軌道，膠墊板起減振和隔振作用，決定軌道的彈性性能，具體結(jié)構(gòu)類型介紹參見參考文獻(xiàn)[8].某膠墊板產(chǎn)品的原型結(jié)構(gòu)見圖2.產(chǎn)品施加集中力于工裝上端板，工裝下端板固定，簡(jiǎn)化為1/4模型（見圖2）.

對(duì)于分析任務(wù)，本案例只調(diào)整膠墊板結(jié)構(gòu)以滿足強(qiáng)度和剛度的要求.因此，只有膠墊板模型對(duì)象FEA_MODEL.inp不斷變化，其他工裝模型、邊界條件、載荷條件、接觸設(shè)置、材料參數(shù)和結(jié)果輸出設(shè)置等對(duì)象或?qū)傩詣t一律不變.很明顯，由于主分析文件只包含工裝模型、材料參數(shù)以及其他引入文件命令（見圖4），因此它是不變的.載荷步對(duì)象包括載荷（位移和力）、計(jì)算參數(shù)和結(jié)果輸出等屬性定義，見圖5.這部分都可由集合名稱定義，故當(dāng)針對(duì)某一特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)品時(shí)，這個(gè)文件也是不變的.初始條件及約束對(duì)象與載荷步一樣，其內(nèi)容也是固定不變的，見圖6.因此，對(duì)于分析產(chǎn)品調(diào)整，整個(gè)分析任務(wù)中只有FEA_MODEL模型對(duì)象需要改動(dòng).如圖7所示，膠墊板產(chǎn)品模型的節(jié)點(diǎn)、單元，節(jié)點(diǎn)集和單元集等信息都存在于FEA_MODEL模型對(duì)象里.

直接在Command中執(zhí)行Main_FE_JOB.inp即可計(jì)算.本次案例計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力云圖和剛度曲線見圖8.結(jié)果不理想，需要調(diào)整結(jié)構(gòu).有2種不同結(jié)構(gòu)的膠墊板可以嘗試計(jì)算，見圖9.以后的工作只需使用不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的模型對(duì)象FEA_MODEL.inp，其他完全不用處理.具體細(xì)節(jié)不再贅述.這里有2個(gè)關(guān)鍵細(xì)節(jié)需要注意：一是不能改動(dòng)節(jié)點(diǎn)集、單元集的名稱，因?yàn)榻佑|、加載、材料賦值和結(jié)果輸出等定義全部依賴于集合的名稱；二是要注意膠墊板產(chǎn)品模型的節(jié)點(diǎn)、單元序號(hào)的范圍，不能與主文件中工裝的相關(guān)序號(hào)沖突.

圖 8原型膠墊板有限元計(jì)算結(jié)果

（a）（b）圖 9其他2種不同結(jié)構(gòu)的膠墊板設(shè)計(jì)

第5篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

關(guān) 鍵 詞：榫卯結(jié)構(gòu) 數(shù)字化仿真 有束腰凳

一、前言

傳統(tǒng)榫卯工藝是傳統(tǒng)文化中的瑰寶[1]，在現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)中迫切需要對(duì)其進(jìn)行深入學(xué)習(xí)與研究。但是由于榫卯工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在教學(xué)中此類物理教具制作困難，不能進(jìn)行批量的機(jī)械化生產(chǎn)。并且內(nèi)部榫卯結(jié)構(gòu)不能通過(guò)物理教具直接觀察到，學(xué)習(xí)者不能直觀的理解其結(jié)構(gòu)，這造成學(xué)習(xí)榫卯結(jié)構(gòu)的過(guò)程非常困難[2]。針對(duì)榫卯工藝在研究過(guò)程中存在的此類問(wèn)題，本文提出引入數(shù)字化設(shè)計(jì)中的新方法、新技術(shù)，將數(shù)字化仿真設(shè)計(jì)與榫卯工藝相結(jié)合，以“有束腰方凳”為例，進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計(jì)。利用仿真技術(shù)對(duì)榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字化模型的構(gòu)建，并利用虛擬裝配技術(shù)對(duì)其進(jìn)行裝配和構(gòu)建。這樣避免了物理教具的批量制造，降低教學(xué)成本，提升了教學(xué)效率，為榫卯結(jié)構(gòu)的教學(xué)研究提供了一條新的思路，本文主要研究的是通過(guò)仿真模擬技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)榫卯工藝進(jìn)行研究及其數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。

二、數(shù)字化仿真構(gòu)建方法

1、數(shù)字化仿真技術(shù)含義

數(shù)字化仿真技術(shù)是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工和裝配、檢驗(yàn)、整個(gè)生命周期的模擬和仿真。這樣可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就模擬出產(chǎn)品及其性能和制造過(guò)程，以此來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造過(guò)程。與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)相比，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率等各方面都發(fā)生了質(zhì)的變化，數(shù)字化工業(yè)設(shè)計(jì)將主要包括數(shù)字化建模，數(shù)字化裝配，數(shù)字化評(píng)價(jià)，數(shù)字化制造，以及數(shù)字化信息交換等幾方面。

2、數(shù)字化仿真設(shè)計(jì)流程

在現(xiàn)實(shí)家具榫卯工藝研究的方法是：把已有的家具進(jìn)行拆解，對(duì)拆解后的榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量、記錄與學(xué)習(xí)。而在Pro/E系統(tǒng)中，學(xué)習(xí)研究榫卯結(jié)構(gòu)的方法是：首先通過(guò)對(duì)榫卯家具進(jìn)行拆解，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)測(cè)量；然后通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，并采用數(shù)字化樣機(jī)來(lái)代替原來(lái)的物理原型，在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行仿真分析，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行裝配重組。這樣不需要實(shí)物原型，就可以讓更多的設(shè)計(jì)人員在不同時(shí)間不同的地點(diǎn)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行榫卯結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)和研究。

三、數(shù)字化仿真實(shí)例

首先是建模平臺(tái)的選取，考慮到數(shù)據(jù)格式的通用性、三維模型建設(shè)的便捷性，以及數(shù)據(jù)管理方式的先進(jìn)性，最終選用了軟件Pro/E作為三維建模平臺(tái)。對(duì)結(jié)構(gòu)件和零件用軟件Pro/E進(jìn)行建模來(lái)更直觀的展示傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以此來(lái)系統(tǒng)闡述榫卯結(jié)構(gòu)制圖和模型制作的現(xiàn)代工藝流程。由于凳子是明清家具中最基本的單品，其結(jié)構(gòu)也是桌、案、幾等家具的本源。本文將具有榫卯結(jié)構(gòu)的束腰凳進(jìn)行拆解，并對(duì)拆解后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬。

1、定義初步產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)之前要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)分析：首先采用自頂向下設(shè)計(jì)方法規(guī)劃出束腰凳的整體造型結(jié)構(gòu)關(guān)系，即產(chǎn)品結(jié)構(gòu)包含了一系列的子裝配件，以及它們所繼承的設(shè)計(jì)意圖。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由各層次裝配和元件清單組成，在定義設(shè)計(jì)意圖時(shí)，有許多子裝配是預(yù)先確定下來(lái)的：比如對(duì)本例束腰凳進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，可以看到本例凳子一共使用了攢邊打槽裝板、抱肩榫、格肩榫這三種榫卯裝配結(jié)構(gòu)。

2、數(shù)字化樣機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)

在明確了設(shè)計(jì)意圖并定義了“有束腰凳”產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)和框架前提下，將圍繞設(shè)計(jì)意圖和基本框架展開零件和子裝配的詳細(xì)設(shè)計(jì)。首先是子裝配件的確定，通過(guò)對(duì)基本框架的研究分析得出產(chǎn)品共分為三個(gè)子裝配體：攢邊打槽裝板結(jié)構(gòu)子裝配體、抱肩榫結(jié)構(gòu)子裝配體、格肩榫子裝配體。當(dāng)子裝配體確定下來(lái)，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)傳遞下去之后，可以進(jìn)行單個(gè)的零件設(shè)計(jì)。

2.1凳面榫卯結(jié)構(gòu)仿真

從拆解圖二可以看出，凳面采用的是攢邊打槽裝板連接方式。我們將攢邊打槽裝板連接方式定義為子裝配件，在子裝配件下進(jìn)行板心及邊框的詳細(xì)設(shè)計(jì)。趲邊打槽裝板的裝配結(jié)構(gòu)是首先將板心裝納在四根邊框之中，然后將裝板的邊框裝配起來(lái)[3]。這種裝配結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于邊框伸縮性不大，使得整個(gè)家具的結(jié)構(gòu)不至由于面板的脹縮而受影響，起到了穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)的作用。

趲邊打槽裝板裝配結(jié)構(gòu)定義完之后開始進(jìn)行零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，由圖四可以看出此裝配零部件由凳面的帶榫頭的兩根大邊和兩條帶榫眼的抹頭組成。這四根木框兩根長(zhǎng)而出榫的叫“大邊”，兩根短而鑿眼的叫“抹頭”。經(jīng)過(guò)以上分析，在Pro/E環(huán)境中建立這四根帶有榫卯結(jié)構(gòu)的木框零部件。

2.2腿足的抱肩榫結(jié)構(gòu)仿真

從圖三可以看出，凳面與腿足及其束腰采用的是抱肩榫連接方式，將抱肩榫連接方式定義為子裝配件，抱肩榫是束腰家具的腿足與束腰、牙條相結(jié)合時(shí)使用的榫卯結(jié)構(gòu)。首先通過(guò)測(cè)繪獲得各種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在獲得詳細(xì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)三維仿真建模技術(shù)，對(duì)抱肩榫結(jié)構(gòu)進(jìn)行子裝配件的建立。之后在子裝配件下進(jìn)行牙條與腿足的詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)三維仿真模型的拆解可以看出來(lái)，抱肩榫子裝配件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)是在腿足上挖出肩，將牙條插掛在上面來(lái)固定四方的框架。同時(shí)掛銷進(jìn)一步定位橫材和豎材，將面受到的壓力均勻傳遞到四足上，腿足上端的長(zhǎng)短榫通過(guò)抹頭的插接固定了承重面。

2.3.腳檔的格肩榫模型仿真

通過(guò)下圖對(duì)束腰凳的拆解可以看出，數(shù)字化模型中腳檔與腿足的連接方式為格肩榫，將格肩榫裝配方式定義為子裝配體，然后分析其詳細(xì)零部件。本實(shí)例束腰凳的腿足是方形豎材，此家具用的是大格肩榫結(jié)構(gòu)，肩部為尖角，格肩部分和長(zhǎng)方形的陽(yáng)榫貼實(shí)在一起的，為不帶夾皮的格肩榫，又叫“實(shí)肩”。詳細(xì)零部件構(gòu)成為：格肩榫榫頭在中間，兩邊為榫肩，格肩部分和長(zhǎng)方形的陽(yáng)榫貼實(shí)在一起的，為不帶夾皮的格肩榫，又叫“實(shí)肩”。 齊頭碰在形式上有透榫。

3、數(shù)字化樣機(jī)虛擬裝配

假如在榫卯結(jié)構(gòu)的物理教具裝配演示過(guò)程中，需要將裝配的各個(gè)零部件拿到裝配現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配[4]。而在Pro/E虛擬系統(tǒng)中，只需要在計(jì)算機(jī)屏幕上裝配零部件，查看和分析零件的配合情況，這樣可減少對(duì)物理樣機(jī)的依賴。

具體的虛擬裝配的方法是：首先是裝配建模體系結(jié)構(gòu)的建立，根據(jù)有束腰凳裝配給定的功能要求和設(shè)計(jì)約束，先確定產(chǎn)品的大致組成和形狀，確定各組成零部件之間的裝配關(guān)系和約束關(guān)系。然后再把束腰凳分解成若干個(gè)零部件，在總體裝配關(guān)系的約束下，同步根據(jù)裝配關(guān)系對(duì)這些零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

其次是裝配體層次關(guān)系的定義，束腰凳的裝配體分解成不同層次的子裝配體，子裝配體又可分解成若干子裝配體和各個(gè)零件。通常將零件、子裝配體、裝配體之間的這種層次關(guān)系直觀地表示成裝配樹，樹的根節(jié)點(diǎn)是裝配體，子節(jié)點(diǎn)是組成裝配體的各個(gè)零件，中間節(jié)點(diǎn)則是子裝配體。裝配樹的的關(guān)系體現(xiàn)了實(shí)際形成裝配體的裝配順序，同時(shí)也表達(dá)了裝配體、子裝配體及零件之間的父、子從屬關(guān)系。圖6是有束腰凳的仿真裝配結(jié)果。

四、 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)是我國(guó)寶貴的傳統(tǒng)工藝非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，同時(shí)明式家具榫卯結(jié)構(gòu)工藝也是當(dāng)今學(xué)習(xí)榫卯結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)，所以有必要對(duì)傳統(tǒng)榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維數(shù)字模型的仿真研究，使學(xué)習(xí)和掌握榫卯結(jié)構(gòu)的過(guò)程更快捷。通過(guò)三維模型的仿真研究和實(shí)踐，探索出一套學(xué)習(xí)榫卯工藝的學(xué)習(xí)方法，為當(dāng)今家具設(shè)計(jì)提供有益的參考，同時(shí)也促進(jìn)了明式家具的深入研究，有助于傳統(tǒng)文化的廣泛傳播和發(fā)展。

本文為天津市高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)研究一般項(xiàng)目資助 課題號(hào)：20112303

參考文獻(xiàn)

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[2] 楊靜，余隋懷，楊剛俊.明式家具榫卯結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用[J].西北林業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24（3）：163-166

第6篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

在機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件，首先是對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行初步建模，做好機(jī)械設(shè)計(jì)前期的準(zhǔn)備工作，其次是對(duì)產(chǎn)品建立好的模型組裝成整體，將產(chǎn)品的整體模型進(jìn)行詳細(xì)解析，對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品整體有大致的了解，并且通過(guò)設(shè)計(jì)軟件特有的功能，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的細(xì)節(jié)或者是一些沒(méi)有考慮到的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作流程和設(shè)計(jì)的合理程度進(jìn)行檢驗(yàn)，并由給出的分析結(jié)果，可做相應(yīng)的調(diào)整及優(yōu)化設(shè)計(jì)，將不正確的地方予以改正，最后設(shè)計(jì)出成品。以SolidWorks軟件為例，其設(shè)計(jì)過(guò)程我們可以分為三步來(lái)實(shí)現(xiàn)：首先是根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的各項(xiàng)要求初步建立三維模型；其次是對(duì)初步建立的三維模型進(jìn)行模擬組裝運(yùn)行；最后利用軟件對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行模擬分析及合理性檢測(cè)，從而達(dá)到最終的設(shè)計(jì)要求。它主要包括機(jī)械零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、動(dòng)畫和渲染、有限元分析技術(shù)、設(shè)計(jì)優(yōu)化及鈑金制作等模塊，基本滿足各種機(jī)械設(shè)計(jì)的需求。此軟件采用參數(shù)化設(shè)計(jì)思路，各工具欄命令之間具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性，對(duì)零件的設(shè)計(jì)修改具有快捷、準(zhǔn)確、可靠的特點(diǎn)，對(duì)零件的尺寸修改和相似零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有獨(dú)到的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在零件設(shè)計(jì)模塊中所做的更改可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地反映到裝配、工程圖等相應(yīng)關(guān)聯(lián)模塊中去，同樣，在裝配模型和工程圖樣中，更大程度地減少設(shè)計(jì)的出錯(cuò)率，提高了設(shè)計(jì)工作的效率。目前，諸如此類的三維設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到了廣泛的運(yùn)用。

2三維設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

三維設(shè)計(jì)軟件具有出圖準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)方便、效率高、功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)等眾多優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)者可自由選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)工具和命令，采用最合適的設(shè)計(jì)方法，直觀、方便、高效、快捷地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維設(shè)計(jì)軟件的有限元分析模塊是設(shè)計(jì)者最好的設(shè)計(jì)助手之一。下面簡(jiǎn)單介紹SolidWorks軟件有限元分析模塊?；赟olidWorksCOSMOSWorks有限元分析軟件的特點(diǎn)及強(qiáng)大功能，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中進(jìn)行靜態(tài)分析，并為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。COSMOSWorks是一套強(qiáng)大的有限元分析軟件，早期的有限元技術(shù)高高在上，只有一些國(guó)家的部門如宇航、軍事部門可以使用，只有少數(shù)專業(yè)人員才能有機(jī)會(huì)接觸，普通的工程師可望而不可及。然而自COSMOSWorks出現(xiàn)后，有限元分析的大門終于向普通工程師敞開了，把高高在上的有限元技術(shù)平民化，它易學(xué)易用、簡(jiǎn)潔直觀，能夠在普通的電腦上運(yùn)行，不需要專業(yè)的有限元經(jīng)驗(yàn)。普通的工程師都可以進(jìn)行工程分析，迅速得到分析結(jié)果，從而最大限度地縮短設(shè)計(jì)周期，降低測(cè)試成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大利潤(rùn)空間。傳統(tǒng)的方法在分析裝配體時(shí)是先把零件拆散，然后一個(gè)個(gè)分別處理，耗時(shí)耗力，又存在計(jì)算結(jié)果不精確的缺點(diǎn)。COSMOSWorks提供了多場(chǎng)/多組件的復(fù)雜裝配分析，從而大大簡(jiǎn)化工程師的勞動(dòng)，使得分析能夠更好地模擬真實(shí)情況，結(jié)果也就更精確。

有限元分析過(guò)程中幾乎所有的設(shè)計(jì)量，如厚度、長(zhǎng)度、半徑等幾何尺寸、材料特性、載荷位置與大小等都可以用變量參數(shù)表示，只要改變這些變量參數(shù)的賦值就能獲得不同的設(shè)計(jì)方案的分析過(guò)程。經(jīng)軟件COSMOSWorks優(yōu)化設(shè)計(jì)后，頂面加厚，底面加強(qiáng)筋加厚及加高，應(yīng)力分布均勻，離屈服點(diǎn)更遠(yuǎn)，如圖2所示，優(yōu)化后的中心底面應(yīng)力擴(kuò)散，變形量減小，均在<1mm的范圍內(nèi)，可以滿足使用要求。三維設(shè)計(jì)軟件還包含鈑金、焊接、管道設(shè)計(jì)、模具、數(shù)控編程等多個(gè)模塊，機(jī)械設(shè)計(jì)工作者通過(guò)學(xué)習(xí)使用，為機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)方便，提高了工作效率。

3結(jié)語(yǔ)

第7篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)改進(jìn)；優(yōu)化；折彎；焊接

2012年我公司從意大利G.D公司引進(jìn)了雙通道、超高速濾棒成型機(jī)（ZL28），此機(jī)型的外觀呈流線型，顯示出外觀設(shè)計(jì)的美觀和檔次。經(jīng)過(guò)一年多的努力，該機(jī)型樣機(jī)試制結(jié)束，通過(guò)結(jié)構(gòu)件的加工，我們發(fā)現(xiàn)外方的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因材料、設(shè)備、加工工藝、加工能力等多方面因素的差異，不太適合我們直接制作，因此我們結(jié)合前期不銹鋼加工積累的經(jīng)驗(yàn)對(duì)該機(jī)組的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化，我們改進(jìn)的目的是用結(jié)構(gòu)保證精度，打造精品產(chǎn)品，把復(fù)雜留給設(shè)計(jì)，把簡(jiǎn)單留給生產(chǎn)，在不降低精度的前提下,盡可能降低加工難度，節(jié)約成本。

如下圖所示是ZL28機(jī)組的一個(gè)護(hù)板，該工件由件1、2、3、4組成，焊接子件多，焊縫長(zhǎng)達(dá)2.6米，如若按照?qǐng)D紙直接加工，焊接成型后外表面將嚴(yán)重變形，不能修復(fù)。

因此，我們需要對(duì)該工件進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化。按原圖結(jié)構(gòu)加工所遇到的問(wèn)題主要是焊接后變形嚴(yán)重，因此我們改進(jìn)的思路技術(shù)減少焊接。我們?cè)诒ＷC工件外形尺寸和結(jié)構(gòu)的前提下合并子件，能折的盡可能不焊，于是我們有了加工方案一，所有子件合并成一體。但是做展開圖時(shí)發(fā)現(xiàn)展開圖有干涉，如下圖所示（陰影部分為干涉區(qū)域）。

合并子件需要考慮的有三方面：焊接最少、折彎工藝最優(yōu)以及避免展開圖的干涉，最終的結(jié)構(gòu)是在這三方面取最優(yōu)值。我們通過(guò)研究上面展開圖干涉的區(qū)域，有了加工方案二，如下圖所示。

我們把原圖中件1、2，件3大平面部分，件4中間和小平面部分合并成上圖中的件1；件3剩余部分和件4剩余部分合并成上圖中的件2。改進(jìn)后展開圖如下圖所示。

改進(jìn)后，焊接縫比改進(jìn)前減少了2.4米，減少量高達(dá)92.3%，焊接變形減少到最低，焊后基本不用修整，精飾處理時(shí)間直接減少半個(gè)工作日，外觀質(zhì)量穩(wěn)定提高?？梢娊Y(jié)構(gòu)改進(jìn)后，不但提高了加工質(zhì)量，避免工件報(bào)廢，而且縮短加工時(shí)間，大大降低了生產(chǎn)成本。

通過(guò)上述典型零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，我們發(fā)現(xiàn)在鈑金結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)中，在達(dá)到設(shè)計(jì)使用功能和保證工件外形尺寸及結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)盡可能通過(guò)折彎成型，減少焊接以避免焊后變形，增加修整工作。

通過(guò)ZL28樣機(jī)試制，我們發(fā)現(xiàn)外方結(jié)構(gòu)件零件大多是通過(guò)子件組焊成型，這樣的設(shè)計(jì)圖紙表達(dá)簡(jiǎn)單，工人能夠快速看懂圖紙，但是對(duì)零件材料、加工設(shè)備、加工工藝、焊接水平的要求很高。我們改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)圖紙表達(dá)相對(duì)復(fù)雜，但是降低了對(duì)零件材料、加工設(shè)備、加工工藝、焊接水平的要求。通過(guò)試制可發(fā)現(xiàn)我們與外方的差距，我們需要努力，早日趕上外方水平。

參考文獻(xiàn)：

第8篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

但我公司作為一家集研發(fā)、制造為一體的國(guó)有企業(yè)，要進(jìn)一步發(fā)展和壯大，除了充分用好已有資源、努力進(jìn)行內(nèi)部挖潛、深化生產(chǎn)管理來(lái)促進(jìn)發(fā)展外，也需要進(jìn)一步吸收、深化應(yīng)用先進(jìn)的CAE研發(fā)技術(shù)，完善整車、整機(jī)CAE分析體系，以縮短產(chǎn)品研制周期、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低研發(fā)成本，從而高效地研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的好產(chǎn)品、增強(qiáng)公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力、獲得更好的市場(chǎng)回報(bào)。

一、問(wèn)題的提出

現(xiàn)在機(jī)車以及柴油機(jī)設(shè)計(jì)越來(lái)越趨向于安全、高速、重載、輕量化的設(shè)計(jì)要求，由于機(jī)車、柴油機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)組和曲軸等本身都是結(jié)構(gòu)大型復(fù)雜的產(chǎn)品，都是在動(dòng)態(tài)載荷工況下服役工作，且有不少產(chǎn)品為焊接裝配件。從產(chǎn)品的專業(yè)性、特殊性而言，涉及到的CAE計(jì)算需求是多方面的，包括部件的散熱性能、運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)性能、極端載荷條件（結(jié)構(gòu)載荷、熱載荷）的強(qiáng)度/剛度性能、疲勞性能、結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題等，這些性能也直接與某項(xiàng)目各部件的可靠性、品質(zhì)等息息相關(guān)。

經(jīng)過(guò)多年努力和積累，機(jī)車研發(fā)部雖然很早就擁有一批相關(guān)CAE專業(yè)分析人員，但受人員變化、當(dāng)前分析工作中不斷出現(xiàn)新的復(fù)雜需求、CAE分析軟件版本低功能受限等原因影響，公司CAE人員近幾年主要是針對(duì)部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算分析（如車體、構(gòu)架、車軸、曲軸、柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組安裝架的強(qiáng)度計(jì)算）。而柴油機(jī)的傳熱分析和熱-結(jié)構(gòu)耦合分析；機(jī)車和車輛的碰撞動(dòng)力學(xué)分析；機(jī)車中司乘人員和乘客的安全和舒適性的動(dòng)力學(xué)分析；電力機(jī)車受電弓網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析；鐵路機(jī)車運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)仿真分析；機(jī)車、與軌道的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析；機(jī)車柴油機(jī)供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的流體動(dòng)力學(xué)分析；機(jī)車通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的流體力學(xué)分析等則很少涉及。

整個(gè)機(jī)車及柴油機(jī)的系統(tǒng)優(yōu)化、減重、疲勞強(qiáng)度、流體動(dòng)力學(xué)分析、散熱性能、運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)性能和穩(wěn)定性等CAE新問(wèn)題已越來(lái)越制約著產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)一步提升。公司經(jīng)過(guò)多個(gè)整車整機(jī)的開發(fā)，也積累了一部分CAE知識(shí)點(diǎn)，如何進(jìn)一步將這些知識(shí)系統(tǒng)化，形成公司的規(guī)范體系？CAE技術(shù)如何貫徹于整個(gè)設(shè)計(jì)流程？如何建設(shè)符合公司實(shí)際情況的CAE體系，為公司產(chǎn)品開發(fā)提供安全保障，也為整車優(yōu)化提供保證？這已成為迫在眉睫的問(wèn)題。

筆者認(rèn)為只有深入分析CAE在機(jī)械、裝備行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，再結(jié)合公司產(chǎn)品的實(shí)際特點(diǎn)，摸索出符合我公司特色的整車及整機(jī)的CAE體系建設(shè)之路，才能提升產(chǎn)品研發(fā)效率，提高技術(shù)性能并降低成本，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

二、CAE技術(shù)在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析

1.CAE技術(shù)在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析

就CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用而言，西方發(fā)達(dá)國(guó)家目前已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化階段。通過(guò)CAE與CAD、CAM等技術(shù)的結(jié)合，使企業(yè)能對(duì)現(xiàn)代市場(chǎng)產(chǎn)品的多樣性、復(fù)雜性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等做出迅速反應(yīng)，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在許多行業(yè)中，CAE分析已經(jīng)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造流程中不可逾越的一種強(qiáng)制性的工藝規(guī)范加以實(shí)施。如，以國(guó)外某大汽車公司為例，絕大多數(shù)的汽車零部件設(shè)計(jì)都必須經(jīng)過(guò)多方面的計(jì)算機(jī)仿真分析，否則根本通不過(guò)設(shè)計(jì)審查，更談不上試制和投入生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)這幾年，各方也加大了這方面的投入，逐漸從過(guò)去的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，向更高、更難的流體、流固耦合、空氣動(dòng)力學(xué)、系統(tǒng)優(yōu)化、控制和疲勞等CAE方面開展深入研究。但產(chǎn)品的應(yīng)用范圍、計(jì)算項(xiàng)目的深度、CAE平臺(tái)建設(shè)的規(guī)模以及CAE計(jì)算分析的細(xì)節(jié)程度還與國(guó)外還有不小的差距。

2.CAE技術(shù)在國(guó)內(nèi)機(jī)車行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

目前國(guó)內(nèi)鐵路行業(yè)的CAE技術(shù)應(yīng)用在很多企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入逐漸的普及階段，但比航空、國(guó)防和汽車行業(yè)應(yīng)用層次要低。其中長(zhǎng)春客車廠、株洲機(jī)車車輛廠、齊齊哈爾車輛廠、北京二七機(jī)車車輛、四方股份公司、大連機(jī)車廠、大連機(jī)車研究所、株洲電力機(jī)車廠和研究所與戚墅堰廠和工藝所等的仿真分析手段基本都已涵蓋了零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、整車或列車動(dòng)力學(xué)和零部件疲勞、振動(dòng)噪聲等專業(yè)，取得了顯著的成果。尤其是四方股份、長(zhǎng)江集團(tuán)、齊齊哈爾、長(zhǎng)客和大連等實(shí)施相應(yīng)的CAE技術(shù)已經(jīng)近10年了。其CAE仿真技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多地被相關(guān)的廠家接受。另外，為了保證實(shí)施CAE仿真技術(shù)的延續(xù)性，有些廠所也出臺(tái)了相應(yīng)的鼓勵(lì)分析師的政策，并成立了專業(yè)的分析團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮了CAE仿真技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的作用。

而我公司與同行業(yè)其他兄弟公司相比，CAE技術(shù)相對(duì)滯后，現(xiàn)有CAE應(yīng)用情況如下。

（1）無(wú)法快速地評(píng)估設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的大量復(fù)雜的流體力學(xué)、疲勞壽命預(yù)測(cè)、電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及多體耦合場(chǎng)、抗沖擊、抗振動(dòng)、冷卻效果和使用壽命等性能，許多課題還未開展研究。

（2）無(wú)法貫穿整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，主要是做校核計(jì)算。

（3）無(wú)法快速地分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的降噪措施。

（4）無(wú)法快速地對(duì)新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和用料優(yōu)化。

三、整車整機(jī)的CAE體系建設(shè)思路

公司正逐漸加大研發(fā)力度，不斷增強(qiáng)自主研發(fā)能力，這必將對(duì)機(jī)車及發(fā)動(dòng)機(jī)提出了更高的設(shè)計(jì)要求，而過(guò)去的CAE分析內(nèi)容顯得過(guò)少，CAE分析的深度及廣度不夠，為此CAE體系應(yīng)盡快完善，以下根據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合公司產(chǎn)品的實(shí)際情況，提出的CAE體系建設(shè)的思路。

1.完善整車、整機(jī)的CAE分析內(nèi)容

（1）整車的CAE分析內(nèi)容：機(jī)車包含的常用部件如車體、構(gòu)架和車軸等需做常規(guī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度有限元分析；進(jìn)一步考慮，部分關(guān)鍵件、大型件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、模態(tài)分析，車身結(jié)構(gòu)噪聲分析、疲勞強(qiáng)度分析；研究整車空氣動(dòng)力學(xué)、整車動(dòng)力學(xué)性能和整車穩(wěn)定性能。

（2）整機(jī)的CAE分析內(nèi)容：發(fā)動(dòng)機(jī)常用部件的有限元分析、缸體及缸蓋的結(jié)構(gòu)分析、軸系的多體動(dòng)力學(xué)分析、發(fā)動(dòng)機(jī)三維CFD分析、發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻分析和發(fā)動(dòng)機(jī)熱固耦合分析。

另外，需根據(jù)各個(gè)整車、整機(jī)的開發(fā)級(jí)別定義不同級(jí)別CAE的分析內(nèi)容。整車、整機(jī)研發(fā)的新技術(shù)越多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越新穎，CAE計(jì)算分析的內(nèi)容細(xì)化級(jí)別也應(yīng)相應(yīng)增加，以保證產(chǎn)品研發(fā)的可靠性。

2.細(xì)化整車、整機(jī)的CAE分析流程

對(duì)于全新的機(jī)車或發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)，CAE流程應(yīng)分為三個(gè)階段。

第一階段：概念分析階段。主要是考慮整車、整機(jī)設(shè)計(jì)的總體要求，根據(jù)相關(guān)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，CAE人員對(duì)整車、整機(jī)的總體性能進(jìn)行CAE計(jì)算，以驗(yàn)證是否能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)提出優(yōu)化建議，在預(yù)研階段把握產(chǎn)品的總體性能，為高層決策提供技術(shù)參考。此階段分析結(jié)束后，須確定基本結(jié)構(gòu)形式，總布置方式，各子性能的詳細(xì)設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

此階段的工作難度較大，需要CAE工程師具備較多的設(shè)計(jì)和分析經(jīng)驗(yàn)。

第二階段：工程化分析階段。主要是根據(jù)設(shè)計(jì)師的詳細(xì)設(shè)計(jì)情況，進(jìn)行各部類常用部件的各類型的詳細(xì)等分析。此階段是以產(chǎn)品的詳細(xì)結(jié)構(gòu)為輸入，從CAE方面，對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品各方面的性能進(jìn)行分析，以驗(yàn)證是否達(dá)到概念分析階段所獲得的性能目標(biāo)，若沒(méi)有達(dá)到，則需優(yōu)化分析，并與設(shè)計(jì)師、工藝師共同商定，確定修改設(shè)計(jì)方案。

工程化分析階段是整車、整機(jī)開發(fā)中工作量最大的階段，此階段必須根據(jù)整車、整機(jī)設(shè)計(jì)的進(jìn)度要求，進(jìn)行至少2～3輪覆蓋結(jié)構(gòu)、流體、動(dòng)力學(xué)、熱固耦合CAE領(lǐng)域的完整的CAE分析，為工程化設(shè)計(jì)進(jìn)行虛擬驗(yàn)證并在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行優(yōu)化。

第三階段：試驗(yàn)驗(yàn)證分析階段。主要是根據(jù)整車、整機(jī)做試驗(yàn)以及試運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的一些的問(wèn)題，進(jìn)行CAE工程分析，找出問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并提出可行的解決方案。

此階段的工作難度和工作量則是不確定的，一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)前期，考慮的問(wèn)題越周全，在試驗(yàn)階段出現(xiàn)的問(wèn)題就越少，涉及的CAE工作量也就越小。

按此流程，公司的CAE技術(shù)還應(yīng)更早介入設(shè)計(jì)流程中，因?yàn)樵谠缙诓捎肅AE技術(shù)，雖然加大了前期投入，但降低了后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用。投入總量和傳統(tǒng)做法相比要少得多，而且在產(chǎn)品投產(chǎn)后，能將投入維持在很低的水平，從總體上來(lái)說(shuō)，降低了產(chǎn)品開發(fā)的總費(fèi)用，也使產(chǎn)品的上市時(shí)間得以提前。CAE在降低成本方面的作用，如圖1所示；CAE技術(shù)貫穿設(shè)計(jì)流程對(duì)解決工程問(wèn)題的意義如圖2所示。

3.整車、整機(jī)的CAE體系規(guī)范

流程是定義什么時(shí)候該做什么事，而規(guī)范是定義如何正確做事的準(zhǔn)則。機(jī)車和發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)本就是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的任務(wù)，需要不斷地總結(jié)，建立合理的規(guī)范體系，系統(tǒng)性地沉淀已有的知識(shí)點(diǎn)，并保證持續(xù)修訂。經(jīng)過(guò)這些年整車整機(jī)的開發(fā)，我公司其實(shí)也積累了很多經(jīng)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)，但沒(méi)有形成書面規(guī)范，前些年隨著CAE人才的流失，公司也隨之流失了CAE的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)，為此應(yīng)該進(jìn)一步將這些知識(shí)系統(tǒng)化，形成公司的規(guī)范體系。不能為了建規(guī)范而建規(guī)范，而是應(yīng)該根據(jù)公司的技術(shù)規(guī)劃來(lái)建立規(guī)范體系，如對(duì)應(yīng)不同的開發(fā)級(jí)別，首先規(guī)劃必須具備哪些能力，應(yīng)該建立哪些規(guī)范，然后分專業(yè)有計(jì)劃地進(jìn)行實(shí)施，并不斷完善。只有不斷地建設(shè)有價(jià)值的規(guī)范，才能將已有的知識(shí)固化在公司，而不至于因?yàn)槿藛T的流動(dòng)造成能力的損失，同時(shí)也才能保持已有的技術(shù)能力。一般來(lái)說(shuō)，規(guī)范是很難從其他企業(yè)獲得或者購(gòu)買，因?yàn)檫@都是各企業(yè)的核心技術(shù)，多少錢都不會(huì)賣，而且各企業(yè)情況差別很大，直接引進(jìn)的規(guī)范不一定適用，所以必須公司自己建設(shè)。

結(jié)合公司實(shí)際產(chǎn)品CAE分析特點(diǎn)，筆者認(rèn)為應(yīng)逐漸形成公司CAE體系自己的規(guī)范，如：CAE操作規(guī)范、CAE任務(wù)流程規(guī)范和具體的CAE專業(yè)分析規(guī)范。

4.CAE數(shù)據(jù)庫(kù)的完善

CAE的計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)有效規(guī)劃、利用，因?yàn)槊看萎a(chǎn)品設(shè)計(jì)的革新離不開過(guò)去的技術(shù)基礎(chǔ)。筆者認(rèn)為，這類數(shù)據(jù)應(yīng)分為兩類：第一類是性能數(shù)據(jù)庫(kù)，性能數(shù)據(jù)庫(kù)積累了多個(gè)平臺(tái)車型或機(jī)型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、總體穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)性能等多項(xiàng)重要性能指標(biāo)，為后續(xù)車型或機(jī)型開發(fā)目標(biāo)值設(shè)定、工程判斷提供了充分、可靠的依據(jù)。第二類是結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)積累了跟某項(xiàng)性能相關(guān)的重要結(jié)構(gòu)信息，為后續(xù)CAE能力提高、指導(dǎo)工程化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

5.整車、整機(jī)CAE資源配置

在影響CAE應(yīng)用效果的諸多因素中，人才、分析軟件和計(jì)算機(jī)硬件、外部資源是三個(gè)最主要的方面，其中“人才”是最重要的因素，這涉及到對(duì)CAE人才的層次規(guī)劃、CAE隊(duì)伍的穩(wěn)定性建設(shè)。

（1）沒(méi)有CAE隊(duì)伍，核心技術(shù)無(wú)從談起，CAE工程人員工程背景要求高，因CAE技術(shù)具有較高的技術(shù)含量，CAE應(yīng)用的每一個(gè)方向?qū)嶋H上都是一門專門學(xué)科，如結(jié)構(gòu)力學(xué)、斷裂力學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)或傳熱學(xué)等，且CAE工程人員對(duì)設(shè)計(jì)、工藝和產(chǎn)品的工作原理、特性也應(yīng)有一定的了解。根據(jù)前面CAE體系的思路，公司人員配置7～10人，才能滿足未來(lái)CAE設(shè)計(jì)分析要求。

（2）軟，硬件平臺(tái)：要根據(jù)公司實(shí)際情況，購(gòu)置適合公司產(chǎn)品特點(diǎn)的分析軟件及硬件，除非有十足的把握，否則不應(yīng)貪大求全。應(yīng)制定一個(gè)合理的CAE實(shí)施計(jì)劃，在預(yù)算允許的情況下，先考慮最急需的CAE軟件和硬件，應(yīng)用一段時(shí)間、見到良好效益后，再考慮使用權(quán)的擴(kuò)充或其他軟件模塊的擴(kuò)充。

（3）重視與高校、CAE軟件廠商的合作關(guān)系：與CAE軟件開發(fā)商建立良好的技術(shù)合作而不僅僅是商務(wù)合作關(guān)系，相互間長(zhǎng)期的技術(shù)交流甚至與程序開發(fā)人員本身的底層技術(shù)討論等是保證CAE應(yīng)用能取得實(shí)效的關(guān)鍵因素之一。與CAE軟件廠商、高校合作的另一種好的方式是進(jìn)行一系列項(xiàng)目咨詢工作，項(xiàng)目咨詢不但能結(jié)合多方的優(yōu)勢(shì)最佳地解決實(shí)際工程問(wèn)題，而且能在合作過(guò)程中非常對(duì)口地深入學(xué)習(xí)和掌握軟件應(yīng)用技巧，同時(shí)還能增進(jìn)雙方的了解和建立良好的關(guān)系。

四、幾點(diǎn)建議

（1）要給予CAE足夠的重視。一項(xiàng)新的技術(shù)從提出到應(yīng)用再到產(chǎn)生效益總有一個(gè)成長(zhǎng)的過(guò)程，尤其是在起步階段，還特別需要各個(gè)方面的重視和支持，只有這樣，才能共同把這項(xiàng)工作做好。

（2）CAE的價(jià)值有很大一部分隱含或體現(xiàn)在設(shè)計(jì)工作中，因此，單從CAE自身的效益很難看出工作的價(jià)值。另外，還要理順關(guān)系，責(zé)權(quán)明確，避免出現(xiàn)“做好了是設(shè)計(jì)人員的功勞，做不好是分析人員的責(zé)任”的現(xiàn)象。

（3）CAE行業(yè)正處于一個(gè)快速發(fā)展、成長(zhǎng)時(shí)期，從業(yè)人員流動(dòng)性較大，因此有必要從政策上對(duì)此予以引導(dǎo)和扶持，采取有效措施吸引、留住人才，保證工作的持續(xù)性。

（4）現(xiàn)在的CAE技術(shù)已經(jīng)基本成熟，CAE軟件的可用性、可靠性和計(jì)算效率問(wèn)題已經(jīng)基本解決，CAE軟件應(yīng)該成為設(shè)計(jì)工程師實(shí)現(xiàn)工程創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新的得力助手和有效工具，一些比較簡(jiǎn)單的分析計(jì)算可以在CAD軟件上直接完成。

（5）及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。能在設(shè)計(jì)早期進(jìn)行CAE分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題，是對(duì)設(shè)計(jì)工作的一個(gè)重要補(bǔ)充。

第9篇：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路范文

 

1傳統(tǒng)工業(yè)體系下的產(chǎn)品平衡態(tài)理論

 

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是建立在工業(yè)革命以來(lái)所形成的大批量生產(chǎn)方式之上的。為了創(chuàng)造更多利潤(rùn)，大規(guī)模生產(chǎn)成為一個(gè)必然選擇，制造方必須生產(chǎn)能被大多數(shù)人所接受的產(chǎn)品，滿足大眾化需求。雖然傳統(tǒng)工業(yè)模式并不盡如人意，但是在很長(zhǎng)的時(shí)間周期中，每種按照批量生產(chǎn)法則而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都已經(jīng)形成了一個(gè)自在演化的生態(tài)圏，并達(dá)到了一種難以輕易顛覆的平衡。以汽車為例，一部基于燃油動(dòng)力的、以傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式生產(chǎn)的汽車，必須同時(shí)滿足多種條件的達(dá)成，才能成為一部合格的汽車。比如發(fā)動(dòng)機(jī)的布置必須滿足安全和穩(wěn)定性;駕駛艙在遮蔽風(fēng)雨的同時(shí)又必須可承受一定強(qiáng)度的撞擊;車門開啟的方式既要滿足方便性還不能破壞車身力學(xué)結(jié)構(gòu);每個(gè)部件既要滿足功能又要能夠被批量制造等等，汽車之所以成為今天的形態(tài)，是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)演化而得到的平衡狀態(tài)。在各種目標(biāo)的互相沖突中，產(chǎn)品形式不斷演化和妥協(xié)，達(dá)到了一種平衡。因此，在工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)里常常提及的關(guān)鍵能力，是要求設(shè)計(jì)師能更準(zhǔn)確的理解產(chǎn)品。事實(shí)上這種理解力的對(duì)象，就是產(chǎn)品的平衡狀態(tài)，新的設(shè)計(jì)方案一定要達(dá)成一種新的平衡狀態(tài)，才具有“產(chǎn)品一一商品”的價(jià)值，這就是所謂產(chǎn)品平衡態(tài)理論。

 

2基于3D打印技術(shù)構(gòu)建產(chǎn)品新平衡態(tài)的機(jī)會(huì)

 

過(guò)去，產(chǎn)品設(shè)計(jì)難以在每個(gè)項(xiàng)目上都獲得極具創(chuàng)新的突破，就是因?yàn)椴蝗菀状蚱婆f系統(tǒng)去建立新的平衡態(tài)。而3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，就在很多產(chǎn)品領(lǐng)域?yàn)榇蠹姨峁┝藰?gòu)建新平衡態(tài)的機(jī)遇。

 

2.1達(dá)成特殊功能的全新平衡態(tài)

 

航天發(fā)動(dòng)機(jī)的尾推管，管體內(nèi)有許多熱交換流道。在過(guò)去的設(shè)計(jì)中，由于制造技術(shù)的制約使很多優(yōu)化想法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而采用3D打印技術(shù)及可以把內(nèi)部流道直接打印出來(lái)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的熱交換。同理，應(yīng)用3D打印技術(shù)也可打印出多級(jí)葉輪、戰(zhàn)機(jī)的隔柵板。隔柵板最初的設(shè)計(jì)是平面型的，且需加工很多均勻小孔。按照優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想，格柵板零件應(yīng)是曲面型及彎曲的。傳統(tǒng)工業(yè)手段幾乎難以實(shí)現(xiàn)這種形態(tài)，只有用3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。所以，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)極大地改變了飛機(jī)設(shè)計(jì)的思路。

 

2.2基于3D打印成型方式創(chuàng)造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的全新平衡態(tài)

 

打印使復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成為可能，同時(shí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一體化趨勢(shì)逐漸呈現(xiàn)。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中產(chǎn)品多由若干部件組裝構(gòu)成主體結(jié)構(gòu)，而組裝結(jié)構(gòu)有時(shí)候會(huì)增加復(fù)雜度和故障率，生產(chǎn)和裝配過(guò)程也會(huì)額外大量材料及能源。而3D打印的“增材”制造可以帶來(lái)一體化結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品變得簡(jiǎn)單，特殊結(jié)構(gòu)就不需要再組裝，既提高了效率，也提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性。比如SLM(金屬激光燒結(jié)技術(shù))，是用激光有選擇分層燒結(jié)金屬粉末，使燒結(jié)成形的固化層疊加生成所需形狀，得到近乎致密的金屬零件。飛機(jī)的一些關(guān)鍵部件是由鈦合金加工而成，運(yùn)用SLM技術(shù)，既可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件，又可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的最優(yōu)化強(qiáng)度，同時(shí)還降低了制造成本。

 

 

 

3.13D打印技術(shù)的結(jié)構(gòu)性局限

 

今天，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促使社會(huì)協(xié)作開始轉(zhuǎn)型，小型組織的崛起以及分布式的設(shè)計(jì)行為似乎成為必然趨勢(shì)。很多人認(rèn)為在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代出現(xiàn)的長(zhǎng)尾模式可以滿足過(guò)去難以被滿足的小眾化需求，這是基本準(zhǔn)確的。但是3D打印讓設(shè)計(jì)者同時(shí)成為制造者，并將其視為泛在制造的體現(xiàn)，筆者就不敢認(rèn)同了。工業(yè)4.0如果是讓人們退回才能將兩者相連起來(lái)。然后再根據(jù)實(shí)際需求來(lái)設(shè)置相機(jī)對(duì)應(yīng)的參數(shù)，設(shè)置好相機(jī)參數(shù)后可查看實(shí)時(shí)模式，可以在實(shí)時(shí)模式下進(jìn)行跟蹤拍照。拍好的照片直接傳送到電腦的指定路徑上，免去了要拆下相機(jī)內(nèi)存卡讀照片的過(guò)程，拍攝完成后無(wú)需做任何圖片處理，一鍵點(diǎn)擊輕松制作3D動(dòng)畫。3D自動(dòng)成像軟件的軟件設(shè)計(jì)流程。

 

3D打印技術(shù)雖然可以帶來(lái)新的設(shè)計(jì)機(jī)遇，但是很多產(chǎn)品的平衡態(tài)都需要系統(tǒng)化解決，這個(gè)是單獨(dú)依靠一個(gè)3D打印技術(shù)所解決不了的。例如制造一部手機(jī)，3D打印機(jī)可以打印個(gè)性化的外殼，甚至利用全新材料制造屏幕，但依然無(wú)法解決芯片級(jí)的制造和不同化工原材料的電氣化集成。一個(gè)高度系統(tǒng)化的產(chǎn)品，其平衡態(tài)也必須依靠系統(tǒng)化手段才能達(dá)成。3D打印技術(shù)只是在設(shè)計(jì)層面開辟了機(jī)遇，但不能成為構(gòu)建新系統(tǒng)的唯一手段。個(gè)體設(shè)計(jì)行為可以越來(lái)越多，但個(gè)體制造的大量浦現(xiàn)，基本不會(huì)出現(xiàn)。

 

3.2未來(lái)制造模式

 

3D打印技術(shù)一定會(huì)促進(jìn)未來(lái)的制造模式發(fā)生改變，但它不會(huì)是分布式的，而是進(jìn)一步的集約化。人類從工業(yè)化大生產(chǎn)中獲得的最大收益是學(xué)會(huì)分工與協(xié)作。只有進(jìn)一步的分工，才會(huì)解放人類對(duì)物質(zhì)數(shù)量的依賴。在未來(lái)，最合理的發(fā)展路徑是所有工廠都變成柔性制造商，而且徹底與設(shè)計(jì)、研發(fā)、銷售相剝離。當(dāng)3D打印及工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)日趨成熟，未來(lái)工廠也將不再是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，而徹底成為依靠自動(dòng)化和數(shù)據(jù)化驅(qū)動(dòng)的柔性、智能的制造工廠，制造成為其唯一職能。其客戶可能是各種各樣的中小型研發(fā)團(tuán)體、設(shè)計(jì)組織及個(gè)人，按需制造特定數(shù)量的產(chǎn)品或部件。在工業(yè)4.0應(yīng)有的模式中，3D打印技術(shù)的最大作用，就是促進(jìn)傳統(tǒng)工廠全面轉(zhuǎn)型為智能工廠的技術(shù)基礎(chǔ)。

 

3.3設(shè)計(jì)主體與制造主體之間的關(guān)系

 

基于互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代日益發(fā)達(dá)的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，人們更容易連接、分享、，這樣就帶來(lái)了更低成本的社會(huì)化協(xié)作。當(dāng)大量的小眾需求通過(guò)眾籌、微信等這類平臺(tái)表達(dá)，分布式設(shè)計(jì)行為就已經(jīng)誕生了，這就是所謂長(zhǎng)尾理論。但是如果集約化、智能化的制造主體還未形成，工業(yè)4.0則不會(huì)徹底出現(xiàn)。在未來(lái)，一旦智能工廠開始浦現(xiàn)，設(shè)計(jì)和制造將徹底分離。設(shè)計(jì)主體是隨機(jī)分布的，不受地域限制的。但制造主體更集約化，只是體力工作者變少而設(shè)備居多，與物流通路的依存更緊密。兩者的溝通可以變成全面的遠(yuǎn)程化，設(shè)計(jì)者可能在國(guó)外，但產(chǎn)品制造產(chǎn)地可能就在身邊。3D打印技術(shù)的真正成熟，可能就是壓倒傳統(tǒng)工業(yè)這片多米諾骨牌的最后一根稻草。

 

4結(jié)語(yǔ)